DE10203892B4 - Method for generating a signal pulse sequence with a predetermined stable fundamental frequency - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Erzeugen einer Signalpulsfolge (y(n)) mit einer vorgegebenen stabilen Grundfrequenz (f0) aus einer Folge von Signalpulsen (x(n)), deren Frequenz (f) schwankt und die spektrale Anteile aufweist, deren Frequenz mindestens ein vorgegebenes Vielfaches der Grundfrequenz (f0) beträgt, dadurchgekennzeichnet, dass die Folge von Signalpulsen (x(n)) einem digitalen Filter (2) zugeführt wird, dessen Durchlassbereich um die Grundfrequenz (f0) liegt und das um eine vorgegebene halbe Abtastfrequenz (fa) sperrt und das bei Erregung ein vorzeichenbehaftetes Ausgangssignal (B) ausgibt, und bei jedem Vorzeichenwechsel des Ausgangssignals (B) ein Taktsignalpuls (C) erzeugt wird.Method for generating a signal pulse sequence (y (n)) with a predetermined stable fundamental frequency (f 0 ) from a sequence of signal pulses (x (n)) whose frequency (f) fluctuates and which has spectral components, the frequency of which is at least a predetermined multiple is the fundamental frequency (f 0 ), characterized in that the sequence of signal pulses (x (n)) is fed to a digital filter (2), the pass band of which is around the fundamental frequency (f 0 ) and that by a predetermined half sampling frequency (f a ) blocks and outputs a signed output signal (B) when energized, and a clock signal pulse (C) is generated each time the output signal (B) changes sign.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer Signalpulsfolge mit einer vorgegebenen stabilen Grundfrequenz, d.h. die Wiederherstellung eines Taktsignals (Clock recovery) nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to a method for generating a signal pulse sequence with a predetermined stable Fundamental frequency, i.e. the restoration of a clock signal (Clock recovery) according to the preamble of claim 1.
Bei digitalen Schaltungen wird im allgemeinen immer ein Taktsignal (Clock) verwendet, damit die einzelnen Rechen- bzw. Arbeitsschritte synchron abgearbeitet werden können. Wenn nun die Periodendauer des Taktes nicht immer gleich ist und in einem recht großen Maße schwankt (jittert), dann kann das zu Fehlfunktionen in der Schaltung führen.In digital circuits, generally always uses a clock signal (clock) so that the individual Calculation and work steps can be processed synchronously. If now the period of the measure is not always the same and in one quite large Dimensions fluctuate (jitter), then it can lead to malfunctions in the circuit.
Beim Stand der Technik wird i.a. darauf vertraut, dass das Taktsignal so wenig schwankt (wenig "Jitter hat"), dass die Anwendung dadurch nicht gestört wird. Gegebenenfalls wird die digitale Schaltung so ausgelegt, dass sie robust gegenüber Frequenzschwankungen beim Taktsignal ist.In the state of the art, i.a. trusts that the clock signal fluctuates so little (little "jitter") that the application not disturbed by it becomes. If necessary, the digital circuit is designed so that they are robust towards Frequency fluctuations in the clock signal is.
Ein Beispiel für die Erzeugung eines möglichst
genauen Taktsignals, um Störungen
der Anwendung bei Taktsignal mit Jitter so gut wie möglich zu
vermeiden, ist aus
Ein Beispiel für eine Schaltung, die robust gegenüber Frequenzschwankungen
beim Taktsignal ist, ist das Empfängersystem nach
Wenn man aber zum außen angelegten Takt auch noch andere Taktsignale mit höheren Frequenzen benötigt, geht das externe Taktsignal zuerst in einen PLL-Regelkreis, der so gut ausgelegt ist, dass möglichst wenig Jitter übertragen wird. Dies bedeutet jedoch erhöhten schaltungstechnischen Aufwand, d.h. man muss teure externe Bausteine verwenden, die das Taktsignal aufbereiten und eine aufwendige PLL- Regelung enthalten.But if you look at the outside Clock also other clock signals with higher frequencies is needed the external clock signal first into a PLL control loop that's so good is designed that as possible little jitter transmitted becomes. However, this means increased circuit complexity, i.e. you have expensive external building blocks use that prepare the clock signal and a complex PLL Regulation included.
Darüber hinaus ist aus
Aus
Von Keyhyun Kim et al. wird in "Symbol Timing Recovery Using Digital Spectral Line Method For 16-CAP VDSL System", Global Telecommunications Conference 1998, GLOBECOM 1998, The Bridge to Global Integration, IEEE, Bd. 6, 1998, Seite 3467 – 3472, ein Verfahren zur Taktrückgewinnung beschrieben, bei dem ein Einseitenbandfilterpaar und ein Multiplizierer verwendet werden. By Keyhyun Kim et al. appears in "Icon Timing Recovery Using Digital Spectral Line Method For 16-CAP VDSL System ", Global Telecommunications Conference 1998, GLOBECOM 1998, The Bridge to Global Integration, IEEE, Vol. 6, 1998, pages 3467-3472, described a method for clock recovery, using a single sideband filter pair and a multiplier become.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches Verfahren anzugeben, mit dem ein frequenzstabiles Taktsignal aus einem verrauschten Taktsignal rückgewonnen werden kann.The object of the invention is a to specify a simple method with which a frequency-stable clock signal can be recovered from a noisy clock signal.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren nach Anspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This task is solved by the method of claim 1. Preferred embodiments of the invention are the subject of the subclaims.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einem "Jittered Clock recovery filter" fasst man das verrauschte Taktsignal als ideales Rechtecksignal auf, das neben der Grundschwingung und den entsprechenden Oberwellen noch zusätzlich aufmodulierte Frequenzen aufweist, wodurch es dann zur Abweichung vom idealen Rechteck kommt. Nun kann man mit einem Bandpass, der auf die Taktsignalfrequenz (Frequenz der Grundschwingung) abgestimmt ist, die Grundschwingung wieder herausfiltern. Wenn das Durchlassband sehr schmal ist, werden kaum Oberwellen und damit kein Jitter übertragen.In the method according to the invention with a "Jittered Clock recovery filter " the noisy clock signal as an ideal square wave signal in addition to the fundamental and the corresponding harmonics additionally has modulated frequencies, which then leads to deviation comes from the ideal rectangle. Now you can with a bandpass that is matched to the clock signal frequency (frequency of the fundamental oscillation), filter out the fundamental vibration. If the passband is very narrow, hardly any harmonics and therefore no jitter are transmitted.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Erzeugen einer Signalpulsfolge mit einer vorgegebenen stabilen Grundfrequenz aus einer Folge von Signalpulsen, deren Frequenz schwankt und die spektrale Anteile aufweist, deren Frequenz mindestens ein vorgegebenes Vielfaches der Grundfrequenz beträgt, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Folge von Signalpulsen einem digitalen Filter zugeführt wird, dessen Durchlassbereich um die Grundfrequenz liegt und das um eine vorgegebene halbe Abtastfrequenz sperrt und das bei Erregung ein vorzeichenbehaftetes Ausgangssignal ausgibt, und bei jedem Vorzeichenwechsel des Ausgangssignals ein Taktsignalpuls erzeugt wird.The inventive method for generating a Signal pulse sequence with a predetermined stable basic frequency a sequence of signal pulses whose frequency fluctuates and the spectral Has portions whose frequency is at least a predetermined multiple the fundamental frequency is is characterized in that the sequence of signal pulses digital filter whose pass band is around the fundamental frequency and that locks by a predetermined half sampling frequency and this when excited outputs a signed output signal and every time the sign changes a clock signal pulse of the output signal is generated.
Insbesondere umfasst das digitale Filter ein Bandfilter, das bei der Frequenz Null und der halben Abtastfrequenz sperrt, und einen Nulldurchgangsdetektor, der bei jedem Nulldurchgang einen Taktsignalpuls erzeugt.In particular, this includes digital Filter a band filter that is at zero frequency and half the sampling frequency locks, and a zero crossing detector, which occurs at each zero crossing generates a clock signal pulse.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Bandfilter ein FIR-Filter und ein IIR-Filter, die in Reihe geschaltet sind, wobei die Eigenfrequenz des IIR-Filters gleich der Grundfrequenz ist.In a preferred embodiment According to the invention, the band filter comprises an FIR filter and an IIR filter, which are connected in series, with the natural frequency of the IIR filter is equal to the fundamental frequency.
Für spezielle Anwendungen wird die Grundfrequenz durch einen PLL- Regelkreis nach dem digitalen Filter vervielfacht. In diesem Fall kann die vervielfachte Grundfrequenz nach dem PLL- Regelkreis als Abtastfrequenz von dem Bandfilter und dem Nulldurchgangsdetektor verwendet werden.For The basic frequency is used in special applications by a PLL control loop multiplied after the digital filter. In this case, the multiplied basic frequency according to the PLL control loop as sampling frequency used by the bandpass filter and the zero crossing detector.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass man keine aufwändige und genaue PLL- Regelung benötigt. Die schlechtere und langsamere Regelung, welche den PLL- Regelkreis enthalten kann, braucht weniger Chipfläche und ist somit nicht nur vom Entwicklungsaufwand her billiger. Im übrigen erspart man sich teure externe Chips, die das Taktsignal aufbereiten, wodurch die Kosten von Boards usw. in die Höhe getrieben werden, da eine Schaltung, die robust gegen Jitter sein soll, für höhere Taktfrequenzen als den eigentlichen Arbeitstakt ausgelegt werden muss. Das bedeutet, dass stärkere Treiber und stärkeres "pipelining" vorgesehen werden muss, was mit mehr Designaufwand verbunden ist. Aufgrund der stärkeren Treiber wird außerdem mehr Fläche benötigt, und das bedeutet höhere Kosten. Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein digitales Filter eingesetzt wird, wird kaum Chipfläche benötigt, äußere Einflüsse (Temperatur) haben weniger Bedeutung, und aufgrund der einfachen Struktur eines digitalen Filters ist das Verfahren leicht zu implementieren.An advantage of the invention is that no complex and precise PLL control is required. The worse and slower control, which can contain the PLL control circuit, takes up less chip area and is therefore not only cheaper in terms of development effort. In addition, it saves expensive external chips that process the clock signal, which drives up the costs of boards etc., since a circuit that is supposed to be robust against jitter has to be designed for higher clock frequencies than the actual working clock. This means that stronger drivers and stronger "pipelining" must be provided, which is associated with more design effort. The stronger drivers also require more space, which means higher costs. Since a digital filter is used in the method according to the invention, hardly any chip area is required, external influences (temperature) are less important, and the method is easy to implement due to the simple structure of a digital filter.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von einem Ausführungsbeispiel, bei der Bezug genommen wird auf die beigefügten Zeichnungen.Other features and advantages of Invention result from the following description of one Embodiment, reference is made to the accompanying drawings.
In
Die Frequenzschwankungen der Eingangspulse können so aufgefasst werden, dass die Eingangspulse außer ihrer gewünschten Grundfrequenz f0 spektrale Anteile aufweisen, deren Frequenz über der Grundfrequenz liegt und insbesondere mindestens ein vorgegebenes Vielfaches der Grundfrequenz f0 beträgt. Der spektrale Anteil der Eingangpulse mit f0 oder einem Vielfachen davon wird unabhängig von seiner Amplitude verwendet, um ein System zu (Resonanz-)Schwingungen anzuregen. Die Schwingungen des Systems dienen dann als Referenz für die Erzeugung des gewünschten frequenzstabilen Taktsignals. Dazu wird in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der Nulldurchgang der (Resonanz-)Schwingungsamplitude erfasst. Um jedoch Nulldurchgänge nur bei der Resonanzfrequenz zuzulassen, wird ein entsprechendes Sperrfilter vorgesehen, durch das alle unerwünschten Frequenzanteile unterdrückt werden.The frequency fluctuations of the input pulses can be understood such that the input pulses have spectral components in addition to their desired basic frequency f 0 , the frequency of which is above the basic frequency and in particular is at least a predetermined multiple of the basic frequency f 0 . The spectral component of the input pulses with f 0 or a multiple thereof is used regardless of its amplitude in order to excite a system to (resonance) vibrations. The vibrations of the system then serve as a reference for the generation of the desired frequency-stable clock signal. For this purpose, the zero crossing of the (resonance) oscillation amplitude is recorded in a preferred embodiment of the invention. However, in order to allow zero crossings only at the resonance frequency, a corresponding blocking filter is provided, by means of which all undesired frequency components are suppressed.
Erfindungsgemäß wird die Folge von Signalpulsen
x(n) einem digitalen Filter
Das Ausgangssignal des Bandfilters
Die Taktpulse y(n), die von dem Nullpunktdetektor
Die frequenzstabilen Taktpulse y(n)
können nun
weitererarbeitet werden oder direkt verwendet werden. Im zweiten
Fall werden sie über
einen Ausgang
Die vervielfachte Frequenz nach dem
PLL- Regelkreis
Da für die Versorgung des digitalen
Filters
In
Aus dem Verlauf der Kurve wird deutlich, dass im wesentlichen nur Schwingungen mit der Frequenz f0 angeregt werden.It is clear from the course of the curve that essentially only vibrations with the frequency f 0 are excited.
In
Die Abweichung der Istfrequenz der
Eingangspulse A von der Sollfrequenz führt dazu, dass die Spektralkomponente
in den Eingangspulsen A mit der gewünschten Frequenz f0 eine
unterschiedlichen Amplitude haben. Unabhängig davon, schwingt das Bandfilter
Bei jedem Nulldurchgang des Signals
B, der mit den "exakten" vertikalen Linien
zusammenfällt, wird
durch den Nulldurchgangsdetektor
In
Zusammenfassend ist es ein wesentliches Merkmal
der Erfindung, dass für
die Erzeugung eine Schwingung mit der gewünschten Frequenz f0 ein
digitales IIR- Filter
Ein weiteres Merkmal der Erfindung
ist es, dass der Arbeitstakt, den das Filter selbst braucht, um
arbeiten zu können,
von dem PLL- Regelkreis
Das Prinzip der Erfindung funktioniert umso besser, je höher die Überabtastung (das Oversampling) ist.The principle of the invention works the better the higher the oversampling (oversampling).
Die Verzögerungsglieder sind vorzugsweise Register mit einer Breite von 8 Bit.The delay elements are preferably registers with a width of 8 bits.
- 11
- Eingangsleitunginput line
- 22
- digitales Taktfilterdigital mode filter
- 33
- Bypass-LeitungBypass line
- 44
- Bandfilterband filter
- 55
- NulldurchgangsdetektorZero crossing detector
- 66
- Multiplexermultiplexer
- 77
- Ausgang für Grundfrequenzoutput for fundamental frequency
- 88th
- PPL-Regelkreis für Frequenz-VervielfachungPPL-locked loop for frequency multiplication
- 99
- Ausgang für vervielfachte Frequenzoutput for multiples frequency
- 1010
- Rückkopplungsleitung für Taktung von Bandfilter undFeedback line for clocking of band filter and
- NulldurchgangsdetektorZero crossing detector
- 1111
- FIR-FilterFIR filter
- 1212
- IIR-FilterIIR filters
- 1313
- Verzögerungsglieddelay
- 1414
- Addiereradder
- 1515
- Multiplizierermultipliers
Claims (5)
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